La géolocalisation GPS (Global Positioning System) est un système de positionnement par satellites qui permet de déterminer les coordonnées géographiques (latitude, longitude, altitude) d’un récepteur avec une précision de quelques mètres. Les smartphones actuels combinent en réalité plusieurs constellations de satellites (on parle de GNSS), ce qui améliore la précision. FizziQ exploite ce récepteur pour enregistrer position, altitude et vitesse au cours d’un déplacement.
Observer expérimentalement la géolocalisation GPS
FizziQ affiche cinq mesures issues du récepteur GPS : la latitude, la longitude, l’altitude, la vitesse de déplacement et la précision estimée de la position, en mètres. Cette dernière permet de discuter la fiabilité de chaque mesure, une démarche essentielle en sciences expérimentales.
Étapes :
- Ouvrir FizziQ et sélectionner les instruments “Latitude”, “Longitude” ou “Vitesse GPS”
- Se déplacer et observer les variations des coordonnées
- Relever la “Précision GPS” et comparer sa valeur en intérieur, près d’une fenêtre et en plein air
- Mesurer la vitesse de marche, course, vélo
- Enregistrer un parcours et calculer la distance totale
- Comparer la vitesse GPS avec une mesure par chronométrage
Activités scientifiques sur ce thème
- Mouvement rectiligne uniforme
- Vitesse ascensionnelle en vol
- Variation de g avec la latitude
- Mesure de vitesse de déplacement
Prolongements possibles avec FizziQ : calcul de distances parcourues, tracé du profil d’un trajet et comparaison de la vitesse GPS avec un chronométrage. Voir la section GPS du guide des capteurs.
En savoir plus
Principe de fonctionnement :
- Au moins 4 satellites envoient leur position et l’heure d’émission
- Le récepteur mesure le temps de trajet des signaux
- Connaissant la vitesse de la lumière, il calcule la distance à chaque satellite
- Par trilatération, il détermine sa position
Précision :
| Condition | Précision horizontale |
|---|---|
| Ciel dégagé | 3-5 m |
| Zone urbaine | 10-20 m |
| Intérieur | Non fonctionnel |
| Avec GLONASS/Galileo | 2-3 m |
| Différentiel (DGPS) | < 1 m |
Cadence de mise à jour : le récepteur GPS d’un smartphone fournit typiquement une position par seconde, une cadence bien plus lente que celle de l’accéléromètre ou du gyroscope. Le GPS convient donc aux mouvements de plusieurs secondes ou minutes (marche, course, vélo), pas aux phénomènes rapides.
Système complet (GNSS) :
Les smartphones modernes utilisent plusieurs constellations, chacune comptant quelques dizaines de satellites :
- GPS (États-Unis)
- GLONASS (Russie)
- Galileo (Europe)
- BeiDou (Chine)
Formule
Distance entre deux points GPS proches (approximation plane, valable pour de petits écarts) :
d ≈ R × √[(Δλ×cos(φ))² + Δφ²]
où :
- d : distance (m)
- R = 6 371 000 m : rayon terrestre
- Δλ : différence de longitude (rad)
- Δφ : différence de latitude (rad)
- φ : latitude moyenne (rad)
Vitesse GPS : v = d/Δt
Exemples d’application
- Les applications de navigation routière (Waze, Google Maps)
- Le suivi d’activité sportive (Strava)
- Les géocaches et jeux de piste
- L’agriculture de précision
- Le suivi des flottes de véhicules
FAQ
Q : Pourquoi le GPS ne marche-t-il pas à l’intérieur ? R : Les signaux satellites sont très faibles et ne traversent pas les murs. En intérieur, le smartphone utilise le Wi-Fi, le Bluetooth et les antennes cellulaires pour se localiser approximativement.
Q : Comment mesurer une vitesse avec FizziQ ? R : L’instrument “Vitesse GPS” calcule la vitesse à partir des variations de position. Il faut se déplacer pour avoir une mesure fiable.
Q : Le GPS consomme-t-il beaucoup de batterie ? R : Oui, c’est l’un des capteurs les plus énergivores. FizziQ permet de choisir la fréquence d’échantillonnage.
Q : Quelle est la précision de l’altitude GPS ? R : Moins bonne que l’horizontale : ± 10-20 m. Lorsque le smartphone en est équipé, son baromètre est souvent plus précis pour les petites variations d’altitude ; attention toutefois, tous les modèles ne disposent pas d’un capteur de pression. Voir la fiche altitude pour la comparaison des deux méthodes.
Concepts liés
Vitesse GPS - Altimètre GPS - Altitude - Latitude - Longitude - Trilatération - Navigation